Apa yang membatasi kecepatan mobil?

Dari perspektif teknik, apa yang membatasi kecepatan maksimum yang dapat Anda capai dengan mobil biasa? Saya mengerti bahwa beberapa mobil yang lebih cepat adalah untuk alasan keamanan terbatas untuk tidak berjalan lebih cepat daripada mengatakan 250 km / jam, tapi itu bukan pertanyaan saya.

Saya dapat memikirkan beberapa alasan, tetapi tidak yakin yang mana yang relevan:

1. Apakah batas yang ditetapkan oleh beberapa bagian (yang mana?) Melanggar jika saya meningkatkan rpm, seperti yang disarankan oleh tanda merah pada rpm meter?
2. Atau apakah Anda tidak dapat menggunakan bahan bakar cukup cepat untuk terus meningkatkan rpm?
3. Atau apakah gesekan / seret meningkat saat Anda mempercepat dan mesin tidak dapat mengatasinya karena hanya dapat menghasilkan tenaga / torsi maksimum? Jika ya, apa yang bergantung pada jumlah torsi / kekuatan ini?

Ada beberapa alasan sederhana mengapa kecepatan kendaraan (meskipun kondisi jalan) mungkin terbatas:

1. Gearing - Kendaraan produksi dengan transmisi konvensional memiliki jumlah roda gigi yang terbatas. Untuk sebagian besar mobil modern, ini biasanya 5 atau 6, sedangkan kendaraan yang lebih tua mungkin memiliki sedikitnya 2 atau 3. Jika rasio roda gigi dari gigi tertinggi terlalu rendah (roda gigi "lebih rendah" dinyatakan sebagai rasio angka yang lebih besar), itu sepenuhnya mungkin saja mesin akan redline sebelum hambatan udara menjadi faktornya. Ini mengikat ke titik pertama Anda tentang zona merah pada tachometer. Jika Anda telah mencapai redline, yang merupakan kecepatan rotasi maksimum mesin Anda, tetapi tidak memiliki gigi yang lebih tinggi untuk beralih ke, maka Anda tidak dapat pergi lebih cepat tanpa merusak mesin Anda.

2. Seret - Seperti objek fisik apa pun, mobil tunduk pada hambatan udara dan sumber hambatan lainnya (rolling resistance, dll). Jika hambatan pada mobil melebihi jumlah tenaga yang mampu diproduksi oleh mesin ke roda, maka kecepatan Anda sekali lagi terbatas.

3. Pembatas Kecepatan - Patut disebutkan bahwa kendaraan produksi hampir selalu dibatasi kecepatan di ECU (Engine Control Unit) untuk alasan keselamatan atau hukum. Jika ECU mendeteksi roda berputar pada kecepatan yang cukup cepat, ini akan memadamkan tenaga ke mesin untuk mencegah kendaraan melaju lebih cepat. Dimungkinkan untuk menghindari perlindungan ini dengan ECU aftermarket atau dengan modifikasi pada stok satu. Sebagai contoh, beberapa model tahun Honda Civic dibatasi kecepatannya sekitar 120 mph (190 km / jam).

4. Rating Ban - Semua ban memiliki peringkat kecepatan tertentu, yang kemungkinan jauh lebih kecil dari kecepatan tertinggi kendaraan Anda. Peringkat kecepatan adalah satu huruf dan merupakan bagian dari kode ban (lihat di sini untuk informasi lebih lanjut). Sebagai contoh, ban cadangan sementara mungkin dibatasi hanya 80 mph (130 km / jam) sebelum mereka dalam bahaya yang akan segera terjadi.

5. Stablity / Aerodinamika - Ini kurang dari perspektif teknik daripada yang praktis, tetapi untuk mobil "biasa" akan ada titik tertentu bahwa suspensi dan komponen lainnya tidak cukup untuk menjaga mobil tetap lurus di jalan dalam mode aman. Bukti anekdotal untuk mendukung poin ini datang dalam bentuk cerita tentang mobil tua ukuran 70-an tua Amerika yang, ketika diambil hingga kecepatan tiga digit, tidak memiliki kemampuan aerodinamis untuk menjaga roda depan tetap di tanah. Singkatnya, lift dari udara yang bergerak di bawah mobil mengangkat roda depan dari tanah menjadi "wheelie" kecepatan tinggi yang menakutkan. Meskipun proses ini tidak secara teknis menyebabkan mobil melambat, itu tentu membuatnya sulit untuk dikendalikan pada kecepatan itu.

Jadi, apa yang membatasi kecepatan adalah kombinasi dari dua hal: kekuatan dari mesin dengan persneling dan rolling dan hambatan udara.

Hingga kira-kira 40 mph, tahanan gelinding adalah tahanan terbesar, tetapi di atas itu hambatan udara kecepatan adalah faktor yang dominan dan meningkatkan kecepatan Anda.

Tenaga mesin tetap (ok tuning dll) tetapi persneling juga penting - mesin 200bhp dapat menyalakan traktor pertanian atau mobil sport yang rapi.

Setelah hambatan total sama dengan daya yang tersedia di roda maka Anda tidak pergi lebih cepat.

Fisika menghentikan Anda. Pernah naik sepeda? 25 mph itu mudah, 30 sulit, 40 membutuhkan peralatan khusus atau tubuh yang sangat bersemangat, dan 50 hampir tidak mungkin. Mengapa upaya menjadi begitu curam untuk peningkatan kecepatan kecil seperti itu? Udara.

Seret aerodinamis

Rolling resistance adalah faktor dominan ketika mobil Anda melambat - itu sebabnya mereka sangat sulit untuk didorong. Tetapi pada kecepatan yang lebih tinggi, faktor yang berkuasa adalah hambatan aerodinamis. Itu karena rolling resistance cukup linier. Drag Aero bukan , dan setidaknya merupakan faktor orde dua - ia muncul seperti kereta barang pada kecepatan yang lebih tinggi. Sebenarnya saya pernah mendengar kereta api batubara yang bisa melakukan 40 mph dimuat, hanya bisa melakukan sekitar 35 kosong. Itu karena setiap mobil batubara kosong adalah satu sendok besar, menangkap angin. Dan rolling resistance mendekati nol untuk kereta.

Daya yang tersedia

Jelas, bahwa aero drag seimbang terhadap daya yang dapat diterapkan oleh mesin terhadapnya. Mereka bisa mendapatkan kereta batubara kosong hingga 70 mph jika mereka meletakkan empat kali lokomotif di atasnya.

Anda berbicara tentang mobil, jadi masalah seberapa banyak baterai dapat memasok dan pengontrol motor dapat mendorong tanpa mengalami kerusakan. Atau karena Anda mengasumsikan mobil bertenaga bahan bakar, ini tentang seberapa banyak udara yang dapat dilewati mesin . Menambahkan jumlah bahan bakar yang benar itu mudah. Aliran udara diputuskan dengan penyetelan - intake / exhaust ducting / porting / resonansi, ukuran dan angka katup, camming, hal-hal seperti itu. (Juga redline engine (maks RPM), tetapi jika ducting / resonansi Anda disetel sehingga menaikkan redline akan membuat perbedaan, mesin akan berjalan dengan sangat buruk di jalan.)

Gearing juga bisa menjadi faktor. Saya memiliki mobil yang berjuang dengan kecepatan tertinggi. Gigi keempat terlalu tinggi untuk bisa berakselerasi. Gigi ketiga menempatkannya melewati puncak tenaga kuda, jadi semakin cepat Anda pergi, semakin sedikit daya kuda yang Anda miliki. Persneling semua salah untuk kecepatan, tapi itu sangat baik untuk kesenangan, penyempurnaan, dan MPG di jalanan, yang saya bayar.

Mobil jalanan non-sporty yang khas seperti Ford Flex kemungkinan besar akan mencapai batas fisik hambatan aerodinamis sebelum mencapai titik di mana komputer akan membatasi atau membatasi MPH.

Untuk mobil performa tinggi modern, dibangun setelah sekitar tahun 2000 hingga hari ini (2018), jawabannya sederhana: grip ban .

Kinerja dan manajemen engine telah mencapai tingkat yang dapat mengungguli seberapa banyak ban grip yang ada di jalan. Apa yang terjadi ketika Anda mencoba mengerahkan lebih banyak energi daripada yang bisa ditangani ban Anda adalah selip roda.

Kebanyakan orang akan terbiasa dengan selip roda dari mulai berdiri (seperti dalam balap drag) dan ketika mobil bergerak lambat (ketika orang sengaja membakar karet). Jenis slip ini dihilangkan dengan membiarkan CPU mengendalikan rem (kontrol traksi).

Selanjutnya adalah slip roda yang kami perhatikan. Selipkan roda saat bergerak dengan kecepatan tinggi. Perbaikan tradisional untuk ini adalah memodifikasi aerodinamika mobil dan menambah gaya pada dasarnya mendorong mobil ke jalan.

Sekarang kita telah mencapai tahap di mana menambahkan lebih banyak gaya ke bawah akan meningkatkan hambatan dan mengurangi kinerja. Tetapi mesin berkinerja terbaik kami masih dapat menghasilkan selip roda.

Namun, seiring dengan perkembangan mesin, kemajuan dalam bidang kimia dan desain ban juga berkontribusi pada peningkatan kecepatan tertinggi mobil dengan meningkatkan kecepatan yang dapat ditangani ban sebelum kehilangan pegangan. Sekarang kita telah mencapai titik di mana mesin terbaik kita dapat secara konsisten gagal ban, faktor pembatas saat ini adalah pegangan ban.

Untuk menemukan batas teoritis murni, tergantung sepenuhnya pada batas hambatan rolling ban dan hambatan udara. Jadi, inilah pekerjaannya.

Formula

• $F_d = \dfrac{1}{2}pA\mu_d v^2$
• $f_s = \mu_s mg$

CATATAN: Saya menggunakan nilai model Tesla 3.

Nilai yang dikenal

• A = 0,23 m ²
• g = 9,80665 m / s ²
• m = 1611 kg
• $\mu_s$
• $\mu_d$
• p = 1.2754 kg / m ³

Asumsi

• Mobil sangat tegak lurus dengan gaya gravitasi.
• Mobil berada di permukaan laut.
• Kondisinya ideal.
• Kekuatan mesin tidak terbatas.

Hasil

$V_{theo} = 1280.9\text{ mph}$

Anda tidak menentukan mobil yang digerakkan dengan gigi (penggerak langsung), untuk satu hal. Bahkan untuk kendaraan penggerak langsung, kecepatan pembatas ditetapkan pada akhirnya dengan merancang aerodinamika agar mobil tidak lepas landas dan terbang.

Terakhir saya periksa, catatan kecepatan darat dipasang dengan mobil berdesain ekstrem, bertenaga jet atau roket, dengan roda dan rem yang sangat khusus (cakram standar hanya akan terbang terpisah pada RPM tinggi yang terlibat) di antara bagian-bagian lain.

Singkatnya, karena bahan-bahan baru dikembangkan dengan rasio kekuatan-terhadap-massa yang semakin besar, catatan kecepatan lahan kemungkinan akan terus rusak.